Результат интеллектуальной деятельности: ПЕЧЬ НЕПРЕРЫВНОГО РАФИНИРОВАНИЯ МАГНИЯ

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к устройствам для рафинирования магния.

Известна печь непрерывного рафинирования магния (патент России №2092760 от 05.09.95). Эта печь имеет футерованную ванну с электродами и колокол, установленный на опоры в футерованную ванну. Печь закрыта сводом. Колокол имеет один центральный патрубок. Колокол и ванна размещены соосно друг к другу, выполнены цилиндрической формы с соотношением их диаметров (0,8-0,9):1, при этом патрубок колокола заглублен под свод, в котором выполнено отверстие. Печь обогревается электролитом (10% MgCl₂; 10 ВаСl₂; 30% NaCl; 50% KCl). Рафинирование магния-сырца производится за счет его промывки в греющем электролите ванны и отстаивания. Ввод магния-сырца производится через длинную трубу с воронкой, а вывод магния рафинированного - через короткую трубу с воронкой. Обе трубы установлены в центральный патрубок колокола. Очистка подины от шлама производится через центральный патрубок колокола.

Недостатком данной печи является низкая производительность за счет того, что с магнием-сырцом поступает электролит электролизных ванн (5-10% MgCl₂, 20-30% NaCl, основа KCl), который разбавляет греющий электролит. При этом снижается концентрация хлористого бария (BaCl₂), который повышает плотность греющего электролита. При снижении концентрации BaCl₂ в греющем электролите производят его корректировку по ВаСl₁. Корректировку электролита производят при остановке печи, следовательно, ее производительность значительно снижается.

Другим недостатком описанной печи является низкое качество рафинированного магния, который непригоден для литья на конвейере в слитки из-за повышенного содержания в этом магнии хлоридов. Повышенное содержание хлоридов в рафинированном магнии возникает в результате снижения содержания BaCl₂ в греющем электролите, так как трудно уловить момент снижения его содержания.

Поэтому наиболее близким устройством к заявляемому является печь для непрерывного рафинирования магния (ПНР), описанная в книге Вяткина И.П., Кечина В.А., Мушкова С.В. "Рафинирование и литье первичного магния", М.: Металлургия, 1974 г., с.36-42. Печь непрерывного рафинирования магния содержит кожух с футерованной ванной прямоугольной формы с рафинировочной камерой с дном и литейной камерой с дном и литейной камерой без дна. Колокол имеет два патрубка, через один из которых с помощью воронки заливается в камеру рафинирования магний-сырец с электролитом электролизных ванн и рафинируется в этой камере за счет отстоя от электролита, оксидных и нитридных включений. При последующей заливке магния-сырца отстоявшийся и нагретый магний перетекает в литейную камеру и выбирается из-под колокола через укороченную воронку. Обогрев ПНР осуществляется с помощью электролита и электродов. Состав греющего электролита: 8-15% MgCl₂; 5-7% ВаСl₂; 8-12% NaCl и 60-70% KCl.

Поскольку электролит электролизных ванн, пришедший с магнием-сырцом, остается в рафинировочной камере, то разбавление греющего электролита не происходит и выбираемый из ПНР магний не загрязняется хлоридами. Однако качество рафинированного магния по оксидам (MgO) и нитридам (Mg₃N₂) магния не очень высокое, так как очистка магния-сырца производится лишь отстаиванием. Известно, что от мелких частиц MgO и Mg₃N₂ магний невозможно очистить отстаиванием в течение, например, 30 мин. А более длительный отстой нерационален из-за значительного понижения производительности печи.

Описанная печь имеет низкую производительность, так как шлам с подины этой печи возможно удалить лишь при извлечении колокола, а это весьма длительная операция, которая значительно снижает производительность печи непрерывного рафинирования магния.

Технические результаты настоящего изобретения заключаются в повышении производительности печи непрерывного рафинирования магния и улучшения качества рафинированного магния.

Технические результаты достигаются тем, что в печь непрерывного рафинирования магния, содержащую свод, кожух с футерованной ванной с электродами, с установленным внутри нее колоколом с двумя патрубками со съемными воронками и рафинировочной камерой, новым является то, что колокол выполнен с центральным вертикальным каналом и с вертикальными, радиально расположенными ребрами жесткости, между двумя из которых выполнено дно, а другие ребра расположены с образованием лабиринта для рафинирования магния.

Расположение по центру колокола вертикального канала позволяет без удаления колокола и всего магния из-под колокола очистить печь от шлама, т.е. значительно повысить производительность печи. Кроме того, при очистке ПНР от шлама поступающий через центральный вертикальный канал воздух не соприкасается с магнием, поэтому магний не загрязняется оксидами и нитридами. Крепление к центральному вертикальному каналу вертикальных, радиально расходящихся ребер жесткости позволяет повысить производительность печи за счет увеличения срока службы колокола, создать лабиринт из этих ребер, который увеличивает путь для рафинирования магния греющим электролитом, что повышает качество магния, снижает содержание в нем нитридов и оксидов магния, т.к. электролит смачивает взвешенные в магнии MgO и Mg₃N₂ и удаляет их из него.

Регулярное удаление шлама с подины ПНР позволяет содержать греющий (рафинирующий) электролит чистым по оксидам и нитридам магния, что повышает его рафинирующую способность, за счет чего повышается качество рафинированного магния.

Расположение между двумя ребрами жесткости дна позволяет решить вопрос жесткости колокола и создания камеры рафинирования магния-сырца от электролита электролизных ванн путем отстоя. Жесткость колокола повышает его срок службы и производительность ПНР в целом. Созданная камера рафинирования повышает качество магния.

Таким образом, все признаки заявляемого изобретения способствуют увеличению производительности печи и повышению качества рафинированного магния по оксидам, нитридам и хлоридам.

Печь непрерывного рафинирования магния изображена на фиг.1 и 2. Печь состоит из кожуха 1 цилиндрической формы, футерованной ванны 2 с электродами 3 и опорами 4, на которые установлены колокол 5 цилиндрической формы с двумя патрубками 6 и 7. Через патрубок 6 со съемной воронкой 8 заливают магний-сырец. Через патрубок 7 со съемной воронкой 9 выбирают магний рафинированный из-под колокола вакуумным ковшом. Колокол 5 снабжен центральным вертикальным каналом 10 с вертикальными, радиально расположенными ребрами жесткости 11 с переточными каналами 12 и укороченными ребрами жесткости 13 с переточными каналами 14. Между двумя ребрами жесткости 11 колокол снабжен дном 15 так, что образуется рафинировочная (заливочная) камера 16. Укороченные ребра 13 с переточными каналами 14 образуют лабиринт, по которому перетекает рафинируемый магний к патрубку 7 для выборки рафинированного магния из ПНР с помощью насоса. Сверху ПНР закрыта сводом 17 с отверстиями 18 и 19 для заливочного 6 и выборочного 7 патрубков и с отверстием 20 для чистки подины 21 ПНР от шлама грейфером, закрываемая во время работы ПНР пробкой 22. Под колоколом 5 находится магний, а вокруг него - греющий электролит (10-18% MgCl₂; 10-20% NaBr или 5-7 BaCl₂; 18-20% NaCl; KCl - основа), который также рафинирует магний от взвешенных частиц MgO и Mg₃N₂ и от включений хлоридов.

На дне 15 рафинировочной камеры 16 находится электролит электролизных ванн, поступивший в ПНР с магнием-сырцом. Состав этого электролита: 5-10% MgCl₂; 20-30% NaCl; основа - КСl.

Печь непрерывного рафинирования магния работает следующим образом. В футерованную ванну 2 с кожухом 1 цилиндрической формы заливают 10 т электролита следующего состава: 15% MgCl₂; 18% NaCl 15% NaBr; 52% KCl и устанавливают соосно цилиндрический колокол 5 на опоры 4, печь закрывают сводом 17 и подают на электроды 3 переменный ток. После нагрева электролита в печи до 720°С в камеру 16 колокола 5 порциями по 2 т заливают 6 т магния-сырца через съемную заливочную воронку 8, установленную в парубок 6. В заливочной (рафинировочной) камере 16, образованной ребрами жесткости 11 с переточными окнами 12 и дном 15, отстаивается от магния электролит электролизных ванн (5-10% MgCl₂; 20-30% NaCl₂ и KCl - основа). При поступлении очередной порции металла нагретый в печи до 700°С магний перетекает через окна 12 в межреберное пространство, промывается греющим электролитом от оксидов и нитридов магния, а также включений хлоридов и через переточные окна 14 укороченных ребер жесткости 13 перетекает в последующее межреберное пространство, также контактируя с греющим электролитом, который его рафинирует. Далее магний проходит через переточные каналы 14 последних ребер жесткости 13 и попадает под выборочный патрубок 7. Отстой магния в ПНР после последней заливки магния длится 20 мин, после чего рафинированный магний через патрубок 7 выбирают из ПНР с помощью насоса. Периодически 1 раз в смену из рафинировочной камеры 16 выбирают вакуумным ковшом накопившийся электролит электролизных ванн, пришедший с магнием-сырцом. Раз в неделю через центральный вертикальный канал 10 выбирают шлам с подины 21 ПНР грейфером. При этом не требуется полной выборки магния из-под колокола, а также извлечения колокола из ПНР. Поэтому значительно повышается производительность заявляемой печи по сравнению с прототипом, так как в известном изобретении шлам с подины удаляют после извлечения колокола из печи. Кроме того, грейфер, который чистит подину 21 от шлама не соприкасается с магнием и попавший в ПНР воздух не окисляет магний до MgO и Mg₃N₂, что позволяет повысить качество магния.

Образованный ребрами 11 и 13 с переточными окнами 12 и 14 лабиринт позволяет создать лучший контакт магния с греющим электролитом, который очищает магний от нитридов и оксидов. Смоченные греющим электролитом MgO и Mg₃N₂ оседают на подину 21 ПНР, повышая качество товарного магния.